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Cumu l'ordinateur Quantum cambia u mondu: Future of Computers P7

David Tal, Editore, Futurista
@DavidTalWrites
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Lun, 09 / 14 / 2020 - 05: 14

Ci hè assai hype chì fluttua intornu à l'industria generale di l'informatica, hype centratu intornu à una tecnulugia specifica chì hà u putenziale di cambià tuttu: l'informatica quantistica. Essendu l'omonimu di a nostra cumpagnia, ammettemu di un preghjudiziu in u nostru bullishness intornu à sta tecnulugia, è in u corsu di stu ultimu capitulu di a nostra serie Future of Computers, speremu di sparte cun voi solu perchè hè questu.

À un livellu basu, un computer quantum offre l'uppurtunità di manipulà l'infurmazioni in una manera fundamentale diversa. In fatti, una volta chì sta tecnulugia matura, sti computer ùn solu risolverà i prublemi matematichi più veloce di qualsiasi computer attualmente esistente, ma ancu qualsiasi computer previstu per esisti in i prossimi decennii (assumendu chì a lege di Moore hè vera). In effetti, simile à a nostra discussione intornu supercomputer in u nostru ultimu capitulu, futuri computer quantistici permetterà à l'umanità di affruntà e dumande sempre più grandi chì ponu aiutà à acquistà una cunniscenza più profonda di u mondu chì ci circonda.

Chì sò i computer quantistici?

Hype à parte, cumu sò i computer quantistici diffirenti da i computer standard? E cumu si travaglianu ?

Per i studienti visuali, ricumandemu di guardà stu divertente video breve da a squadra di YouTube di Kurzgesagt nantu à questu tema:

Intantu, per i nostri lettori, faremu u nostru megliu per spiegà l'ordinateur quantisticu senza avè bisognu di un diploma di fisica.

Per principianti, avemu bisognu di ricurdà chì l'unità basica di u prucessu di l'informatica hè un pocu. Questi bit ponu avè unu di dui valori: 1 o 0, on o off, sì o no. Sè unisci abbastanza di sti bits inseme, pudete tandu rapprisintà numeri di ogni dimensione è fà ogni modu di calculi nantu à elli, dopu à l'altru. U più grande o più putente u chip di l'informatica, u più grande i numeri chì pudete creà è applicà calculi, è più veloce pudete passà da un calculu à l'altru.

L'urdinatori quantichi sò diffirenti in dui maneri impurtanti.

Prima, hè u vantaghju di "superposition". Mentre l'urdinatori tradiziunali operanu cù bits, l'urdinatori quantum operanu cù qubits. L'effettu di superposition qubits permette hè chì invece di esse custrettu à unu di dui valori pussibuli (1 o 0), un qubit pò esse cum'è una mistura di i dui. Questa funzione permette à l'urdinatori quantistici di operare più efficacemente (più veloce) di l'urdinatori tradiziunali.

Siconda, hè u vantaghju di "intanglement". Stu fenominu hè un cumpurtamentu unicu di fisica quantistica chì liga u destinu di una quantità di particeddi diffirenti, perchè ciò chì succede à unu affetterà l'altri. Quandu s'applicanu à l'urdinatori quantum, questu significa chì ponu manipulà tutti i so qubits simultaneamente - in altri palori, invece di fà un inseme di calculi unu dopu à l'altru, un computer quantum puderia fà tutti à u stessu tempu.

A corsa per custruisce u primu computer quantum

Questa rubrica hè un pocu di un misnomer. Cumpagnia di punta cum'è Microsoft, IBM è Google anu digià creatu i primi computer quantum sperimentali, ma questi primi prototipi presentanu menu di duie decine di qubits per chip. E mentri sti primi sforzi sò un grande primu passu, l'imprese tecnologiche è i dipartimenti di ricerca di u guvernu anu bisognu di custruisce un computer quantisticu cù almenu 49 à 50 qubits per chì l'hype scuntrà u so potenziale teorizatu di u mondu reale.

À questu scopu, ci sò una quantità di approcci chì sò stati sperimentati per ghjunghje à questa tappa di 50 qubit, ma dui stanu sopra à tutti i vinuti.

In un campu, Google è IBM anu u scopu di sviluppà un computer quantisticu rapprisentanu qubits cum'è currenti chì passanu attraversu fili superconduttori chì sò rinfriscati à -273.15 gradi Celsius, o zero assolutu. A prisenza o l'absenza di currente hè un 1 o 0. U benefiziu di questu approcciu hè chì questi fili superconduttivi o circuiti ponu esse custruitu da silicuu, un materiale di l'imprese di semiconductor anu decennii di sperienza chì travaglia.

U sicondu approcciu, guidatu da Microsoft, implica ioni intrappulati tenuti in locu in una camera di vacuum è manipulati da laser. I carichi oscillanti funzionanu cum'è qubits, chì sò allora utilizati per processà l'operazioni di l'informatica quantistica.

Cumu useremu l'informatica quantistica

D'accordu, mettendu a teoria da parte, cuncentratemu nantu à l'applicazioni di u mondu reale chì questi computer quantistici anu da u mondu è cumu l'imprese è e persone s'impegnanu cun ellu.

Problemi logistichi è ottimisazione. Trà l'usi più immediati è prufittuali per l'informatica quantistica serà l'ottimisazione. Per l'applicazioni di spartera, cum'è Uber, quale hè a strada più veloce per piglià è abbandunà quant'è più clienti pussibule? Per i giganti di l'e-commerce, cum'è Amazon, quale hè u modu più costu-efficace per furnisce miliardi di pacchetti durante a corsa di compra di regali di vacanze?

Queste questioni simplici implicanu numeri crunching centinaie à millaie di variàbili à una volta, una prua chì i supercomputer muderni ùn ponu solu trattà; cusì invece, calculanu una piccula percentuale di quelli variàbili per aiutà queste cumpagnie à gestisce i so bisogni logistichi in una manera menu ottima. Ma cù un computer quantisticu, taglierà una muntagna di variàbili senza sudore.

Tempu è clima mudellu. Simile à u puntu sopra, u mutivu per quessa chì u canali di u clima a volte si sbaglia hè perchè ci sò troppu variàbili ambientali per i so supercomputer per processà (questu è qualchì volta una mala raccolta di dati di u clima). Ma cù un computer quantum, i scientisti di u clima ùn ponu micca solu predichendu i mudelli di u clima à pocu tempu, ma ponu ancu creà valutazioni climatichi più precise à longu andà per predichendu l'effetti di u cambiamentu climaticu.

Medicina persunalizata. Decodificà u vostru DNA è u vostru microbioma unicu hè cruciale per i futuri medichi per prescrive droghe chì sò perfettamente adattati à u vostru corpu. Mentre i supercomputer tradiziunali anu fattu passi in a decodificazione di l'ADN in modu costu-efficace, u microbioma hè assai fora di a so portata, ma micca cusì per i futuri computer quantistici.

L'informatica quantistica permetterà ancu à Big Pharma di predichendu megliu cumu e diverse molécule reagiscenu cù e so droghe, accelendu cusì significativamente u sviluppu farmaceuticu è abbassendu i prezzi.

Esplorazione spaziale. I telescopi spaziali d'oghje (è dumani) recullanu enormi quantità di dati d'imaghjini astrologichi ogni ghjornu chì traccianu i movimenti di trilioni di galassie, stelle, pianeti è asteroidi. Sfurtunatamente, questu hè troppu dati per i supercomputer d'oghje per passà per fà scuperte significative in modu regulare. Ma cù un computer quantisticu maturu cumminatu cù l'apprendimentu di a macchina, tutti questi dati ponu esse trattati in modu efficace, aprendu a porta à a scuperta di centinaie à millaie di pianeti novi ogni ghjornu à l'iniziu di l'anni 2030.

Scienze fundamentali. Simile à i punti sopra, a putenza di computing cruda chì questi computer quantistici permettenu à i scientisti è l'ingegneri di inventà novi chimichi è materiali, è ancu di mutori chì funzionanu megliu è di sicuru, ghjoculi di Natale più freschi.

Appruposi à machina. Utilizendu l'urdinatori tradiziunali, l'algoritmi di l'apprendimentu di a macchina necessitanu una quantità gigante di esempi curati è etichettati (big data) per amparà novi cumpetenze. Cù l'informatica quantistica, u software di l'apprendimentu di a macchina pò cumincià à amparà di più cum'è l'omu, per quessa ch'elli ponu piglià novi cumpetenze usendu menu dati, dati più disordinati, spessu cù pocu struzzioni.

Questa applicazione hè ancu un tema di eccitazione trà i circadori in u campu di l'intelligenza artificiale (AI), postu chì sta capacità d'apprendimentu naturale migliorata puderia accelerà u prugressu in a ricerca AI per decennii. Più nantu à questu in a nostra serie Future of Artificial Intelligence.

bez. Sfortunatamente, questa hè l'applicazione chì hà a maiò parte di i circadori è l'agenzii di intelligenza nervosi. Tutti i servizii di criptografia attuale dipendenu da a creazione di password chì piglià un supercomputer mudernu millaie d'anni per crack; I computer quantistici puderanu teoricamente strappare queste chjavi di criptografia in menu di una ora.

A banca, a cumunicazione, i servizii di sicurezza naziunale, l'internet stessu dipende da una criptografia affidabile per funziunà. (Oh, è scurdate ancu di u bitcoin, datu a so dependenza core à a criptografia.) Se sti computer quantistici funzionanu cum'è annunziate, tutte queste industrie seranu in risicu, in u peghju periculu l'ecunumia mundiale sana finu à chì custruemu criptografia quantistica per mantene. ritmu.

Traduzzione di lingua in tempu reale. Per finisce stu capitulu è sta serie in una nota menu stressante, i computer quantistici permettenu ancu una traduzzione di lingua quasi perfetta, in tempu reale, trà qualsiasi duie lingue, sia per via di una chat Skype, sia per l'usu di un audio wearable o implant in l'arechja. .

In 20 anni, a lingua ùn serà più una barriera per l'affari è l'interazzione di ogni ghjornu. Per esempiu, una persona chì parla solu l'inglese pò più cunfidenza entre in relazioni cummerciale cù i partenarii in paesi stranieri induve i marchi inglesi altrimenti ùn anu micca riesce à penetrà, è quandu visitate tali paesi stranieri, sta persona pò ancu innamurà un certu qualcunu chì succede solu di parlà cantonese.